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      人耳內(nèi)有天然電池 有望給電子設備供電

      2012年11月30日 12:6 4933次瀏覽 來源:   分類: 新技術(shù)

             中國科技網(wǎng)訊 哺乳動物的內(nèi)耳深處都是一個天然電池:一個充滿了離子的小室,能產(chǎn)生電壓驅(qū)動神經(jīng)信號。據(jù)物理學家組織網(wǎng)近日報道,來自麻省理工學院、馬薩諸塞眼耳醫(yī)院等單位的研究人員,首次證明了這種“電池”能給植入的電子設備供電,而且不會損害聽力。植入內(nèi)耳的設備可用來監(jiān)控生物活動,比如聽到聲音、平衡失調(diào)或?qū)χ委煹姆磻W罱K,植入設備本身可發(fā)展成一種治療手段。相關(guān)論文發(fā)表在近期出版的《自然·生物技術(shù)》雜志上。
        “60年前我們就知道有一種‘電池’對聽力非常重要,但沒人會用它給電器供電。”馬薩諸塞眼耳醫(yī)院耳外科醫(yī)生康斯坦尼亞·斯坦科維奇說。
        耳朵能把機械壓力——耳膜的振動——轉(zhuǎn)換為大腦可處理的電信號,而生物電池是信號電流的電源。電池室位于內(nèi)耳一個叫做耳蝸的地方,由一層膜隔開,這里一些細胞已經(jīng)特化成專用的離子泵。膜的另一邊是不平衡的鉀、鈉離子,結(jié)合這些細胞泵的特殊排列形式,就產(chǎn)生了電壓。雖然此處電壓是體內(nèi)最高的(至少對單個細胞而言),但仍然非常低,而且為了不擾亂聽力,可用電流只能占其很小一部分。
        麻省理工學院微系統(tǒng)技術(shù)實驗室研究員安納薩·錢德拉卡珊小組開發(fā)的低功率芯片正好解決了這一問題。他們還在芯片上裝了一種超低功率無線發(fā)射器,以獲得所檢測的數(shù)據(jù)。由于生物電池的電壓不穩(wěn)定,芯片上還裝了電源轉(zhuǎn)換線路,就像一般電子設備電源線兩端的盒式轉(zhuǎn)換器,能逐漸充電。充電時間一般為40秒到4分鐘,就能給發(fā)射器供電。信號頻率本身就指示了內(nèi)耳的電化性質(zhì)。
        在實驗中,研究人員在豚鼠內(nèi)耳生物電池膜的兩邊植入了電極,并將低功率芯片與電極相連。芯片留在豚鼠體外,但它非常小,足以放入中耳腔內(nèi)。植入電極設備后,豚鼠在聽力測試中反應正常,該設備也能以無線方式傳輸數(shù)據(jù),報告耳朵和外部接收器的化學情況。
        凱斯西儲大學耳鼻喉系董事長克利夫·梅杰利恩說,這項研究有三種可能的應用:耳蝸植入、診斷疾病及作為植入式助聽器。用耳蝸本身的低壓產(chǎn)生電流,這就讓它變成了一種電源,給植入耳蝸的電子設備供電。此外,如果能檢測出各種疾病狀態(tài)下的電壓,基于這種電流輸出偏差,可能開發(fā)出一種診斷計算方法。

      責任編輯:安子

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